книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

При расположении двигателя в нижней части у некоторых автобусов сохраняются все преимущества, свойственные компо­ новке с задним расположением двигателя. Однако при этом сни­ жается дорожный просвет и доступ к двигателю затруднен.

Тип трансмиссии оказывает существенное влияние на компо­ новку автомобиля. На рис. 11.13 показаны схемы механических

Рис. II. 12. Расположение двигателя у легковых автомобилей: а — в передней части, привод на задние колеса; б — то же, привод на передние колеса; в — сзади, привод на задние колеса

трансмиссий, применяемых на автомобилях, с разным числом ведущих мостов. У двухосных автомобилей с колесной формулой 4X2 применяется или «классическая» схема расположения дви­ гателя в передней части автомобиля и с приводом на задние веду­ щие колеса (рис .11.13, б), или же у некоторых легковых автомо­ билей с приводом на передние ведущие колеса (рис. 11.13, о). К преимуществам автомобиля с приводом на передние колеса относятся близость двигателя и трансмиссии к водителю, упро­ щающая приводы к органам управления, лучшая устойчивость на поворотах, отсутствие «тоннеля» в полу кузова для карданного вала, имеющего место у автомобилей с «классической» компо­ новкой и др.

40

Схема (рис. 11.13, г) с бортовыми передачами позволяет увели­ чить дорожный просвет, хотя конструктивно сложнее преды­ дущей.

У трехосных автомобилей подвод момента к двум задним мостам может осуществляться одним проходным (рис. 11.13, д) или двумя (рис. 11.13, е) карданными валами.

Рис. 11.13. Схемы механических трансмиссии автомобиля:

I — вал, передающиі! момевт от двигателя; 2 — дополнительная и раздаточная коробки; 3 — главная передача; 4 —редуктор; 5 —межколесныіі дифференциал; 6 —мсжосевоЛ или межбортовой дифференциал (ведущие колеса заштрихованы)

Схемы трансмиссий четырехосных автомобилей отличаются

этом в случае применения блокированного привода возникают дополнительные нагрузки в трансмиссии, что снижает ее к. п. д., повышает износ и уменьшает путь выбега автомобиля.

Схема (рис. 11.13, з) трансмиссии с применением трех меж­ осевых дифференциалов свободна от присущих предыдущей схеме недостатков, однако конструктивно сложна и утяжеляет автомобиль.

Применение гидродинамического трансформатора облегчает управление автомобилем и улучшает его тяговую характеристику, однако не исключает необходимости в механической трансмиссии, что усложняет конструкцию автомобиля.

41

Удобная компоновка автомобилей с несколькими ведущими осями может быть осуществлена при использовании гидрообъем­ ной и электрической трансмиссии с индивидуальными двигателями на ведущих колесах (мотор-колесо).

Схема автомобиля-тягача с электромоторами на каждом ве­ дущем колесе представлена на рис. 11.14. Тяговые электромо­ торы 1 с шестеренчатыми редукторами размещены в соответ­ ствующих ведущих колесах. Источником энергии является ди-

Рис. 11.14. Схема тягача с электроприводом типа мотор-колесо

зель 4, приводящий во вращение генератор постоянного тока 2,

и колея автомобиля. Предельные габариты автомобиля не должны превышать допустимых по ГОСТ 9314—59.

Компоновочный эскиз (рис. 11.15) делается в масштабе 1 : 10 или 1 : 20. Конфигурация нижней части и общая длина автомо­ биля находятся после нанесения выбранных-значений углов про­ ходимости переднего у.х и заднего у 2, радиусов проходимости

42

продольного R x и поперечного R 2, величин дорожных просветов под отдельными точками ht. На рисунке показан только размер hc под точкой С. Эти данные принимаются с учетом опыта эксплуа­ тации предшествующих конструкций.

Конфигурация верхней части автомобиля находится исходя из его типа и назначения, заданной грузоподъемности, предельно допустимой высоты и дополнительных требований.

Положение центра тяжести (ц. т) определяется из компоно­ вочного эскиза по известным весам отдельных агрегатов и пере­ возимого груза. На рис. 11.15 представлена схема определения ц. т. автомобиля по его длине.

Из уравнения моментов относительно точки О находится расстояние а, определяющее положение ц. т. по длине автомо­ биля

автомобиля.

Уравнение моментов может быть составлено не только отно­ сительно точки О, но и относительно любой другой точки.

Размещение агрегатов и груза на автомобиле должно обеспе­ чить примерно равные нагрузки на колеса правого и левого бортов (в пределах ±2—3%).

По найденным координатам ц. т. производится проверка про­ дольной и поперечной устойчивости автомобиля.

43

Г Л А В А HI

МАТЕРИАЛЫ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ

Для изготовления деталей автомобиля применяются преиму­ щественно черные металлы: сталь и чугун. Перспективными материалами, область применения которых расширяется, яв­ ляются пластмассы, резина, а также легкие сплавы на основе алюминия, магния и цинка.

§ 12. СТАЛИ И ЧУГУНЫ

Стали по применению в конструкции автомобиля можно раз­ делить на следующие группы: сталь для шестерен и валов транс­ миссии; сталь толстолистовая для штамповки рам; тонколистовая сталь для кузовов; рессорно-пружинная сталь; сталы для отливки кронштейнов, картеров и других силовых деталей.

С т а л и, п р и м е н я е м ы е д л я ш е с т е р е н и в а ­ л о в коробок передач и главных передач, а также крестовин дифференциалов, вилок и крестовин карданных передач, должны обладать высокой статической и усталостной прочностью, хорошо, обрабатываться резанием и обладать прокаливаемостью, соответ­ ствующей толщине изделия. Они должны иметь малую чувстви­ тельность к концентраторам напряжений, обладать коррозионной стойкостью и не содержать в значительных количествах дорогих и дефицитных легирующих элементов.

Для малонагруженных шестерен коробок передач, большую часть пробега работающих на прямой передаче, применяют сред­ неуглеродистые и низколегированные конструкционные стали средней про'каливаемости. К ним относятся:

хромистые стали с молибденом 35ХМА и бором 35ХРА, улуч­ шаемые объемной закалкой и высокотемпературным отпуском; после упрочнения поверхности до твердости HRC 50—55 предел усталости а_х = 430 —530 МПа (4300—5300 кгс/см2);

хромистые стали 35Х и 40Х, цианируемые в жидких ваннах на глубину 0,2—0,4 мм; предел усталости а_г — 600 —800 МПа (6000—8000 кгс/см2); твердость поверхности HRC 56, сердце­ вины HRC 30—45.

Более нагруженные шестерни коробок передач и главных передач изготавливают из хромомарганцевых сталей с титаном, бором и молибденом. Эти стали обладают повышенной прокали-

45

Стали с малым и повышенным содержанием углерода с при­ садками марганца (Г) и титана (Т) 18ХГТ, 25ХГТ, ЗОХГТ, 20ХГР, 27ХГР, 17ХГМ, 25ХГМ, 25ХГНТР цементируются на глубину 0,7— 1,2 мм в зависимости от толщины зуба с насыщением поверх­ ностного слоя углеродом до 1,1%. Стали 25ХГТ, 25ХГМ и 27ХГР подвергают также нитроцементации (ЗИЛ и ГАЗ) на глубину

напряжений. Линия 1 соответствует зубьям из стали 40Х, под­ вергнутым цианированию, закалке н отпуску. Линия 2 для тех же зубьев, подвергнутых дробеструйной обработке. Как видно из графика, условный предел усталости в результате дробеструй­ ной обработки увеличивается в 1,5—1,7 раза.

Высоконагруженные шестерни коробок и главных передач, полуоси, шестерни и крестовины дифференциалов изготавливают из никелевых и безникелевых сталей хорошей прокаливаемости с высокими механическими свойствами (а_і = 850-4-1100 МПа).

Хромоникелевые стали 20ХНМ, 12Х2Н4А, 15ХГНТА, 20ХГНТА, 12ХНЗА, 20ХГНТР, 20Х2Н4А цементируются на глубину 0,7— 1,6 мм, твердость поверхности после закалки HRC 56—65.

Высококачественные безникелевые стали типа 20ХГРА и 18ХГТА, выплавляемые в специальных условиях (в вакууме, электрошлаковым переплавом, в атмосфере инертных газов), цементируются на глубину 0,9— 1,6 мм.

46

На том же-рис. III.2, а показаны кривые усталости зубьев шестерен из стали 12ХНЗА (линия 3), шлифованных после цемен­ тации и закалки. Линия 4 соответствует зубьям, которые допол­ нительно подвергались электрохимическому полированию после шлифования. В результате шлифования предел усталости уве­ личивается на 18%.

т)б,МПа

Рис. III.2. Кривые усталости сталей: а — хромистые:

Механические свойства легированных сталей, применяемых

повки лонжеронов, поперечин, косынок рам и других деталей. Материал должен обладать высокой пластичностью, необходимой для деформирования в холодном состоянии, коррозионной стой­ костью и хорошей свариваемостью.

47

Этим требованиям отвечают качественные конструкционные углеродистые стали 08кп, 20кп, 25.

Более высокими механическими свойствами обладают низко­ легированные стали (табл. II 1.2). Однако они имеют меньшую пластичность и хуже штампуются.

Т а б л и ц а 111. 1

Механические свойства термообработанных легированных сталей

Т а б л и ц а II 1.2

Механические свойства толстолистовой стали

48

Листы, поставляемые по ГОСТ 4041—48, по штампуемостп разделяются на категории для нормальной н для глубокой вы­ тяжек.

Низколегированные стали более чувствительны к концен­ траторам напряжений по сравнению с малоуглеродистыми. Кон­ структивная усталостная прочность значительно меньше уста­ лостной прочности лабораторных образцов. На рис. II 1.2, б представлена кривая усталости при симметричном цикле для образцов стали 14Г2 (линия 1) н ЗОТ (линия 2). Линия 3 для тех же сталей при наличии концентраторов напряжений в виде отверстий. Отверстия уменьшают предел усталости стали ЗОТ в 1,3 и стали 14Г2 в 1,6 раза.

Некоторые фирмы при конструировании рам автомобилей большой грузоподъемности применяют марганцовистые термооб­ работанные стали с пределом текучести до 770 МПа (7700 кгс/см2).

9045—59. Способностью к глубокой вытяжке обладает сталь с со­ держанием углерода 0,05—0,15%.

По качественным характеристикам листы делятся на две кате­ гории. Материал для штамповки деталей с особо сложной вытяж­

по ГОСТ 5639—65. Вытяжка металла с крупнозернистым строе­ нием дает шероховатую поверхность, которая недопустима для деталей, требующих высокого качества отделки. Присадка бора (до 0,005%) повышает технологические свойства.

Р е с с о р н о - п р у ж и н н ы е стали имеют высокий пре­ дел текучести (табл. Ш.З). Отношение предела текучести к пре­

делу прочности — = 0 ,8 ч-0,9.

Для листовых рессор и пружин подвесок применяют кремни­ стые и марганцовистые стали 50ХГ, 50Г2, 65Г, 55С2 и др. Для торсионных валов используются стали 45ХНМФА, 60С2А, 70СЗА.

К стали предъявляются высокие требования в части отсут­ ствия механических и металлургических дефектов (риски, воло­ совины и неметаллические включения). Эти дефекты сильно сни­ жают усталостную прочность. При термообработке должно быть предотвращено образование обезуглероженного слоя, которое также ведет к снижению предела усталости.

Для повышения усталостной прочности деталей, работающих при высоких колебательных нагрузках, необходимо обеспечить

49